淺談廣樂高速公路英德段中山頂隧道滲涌水的處治技術

盧樹奀

（廣東省南粵交通懷陽高速公路管理中心，廣東 廣州 510627）

0 引言

中山頂隧道進、出口分別位于英德市橫石塘鎮、英城鎮境內，該隧道左線（Z K166+332～Z K167+535）全長1 203 m，右線（Y K166+385～Y K167+530）全長1 145m，路線縱斷面設計為人字坡，進口段約1 050m坡度為0.94%，出口段約140m坡度為-0.5%，洞身最大埋深204m。該隧道地層巖溶化程度高，溶蝕現象在地表以巖溶槽谷和串珠狀分布的溶蝕洼地、落水洞、漏斗等睡直溶蝕現象為特征，有利于降雨等進行滲入式或注入式補給，在2013年施工期間該隧道Y K166+542～Y K166+579段開挖時曾遇連續大溶洞，Y K166+560～Y K166+580處3條施工縫大斷面出現滲漏水，經過多年水壓力作用下，隧道頂巖溶洼地匯水與該段落巖溶呈貫通狀態，在2014年5月中旬持續暴雨作用下，造成該隧道Z K166+480～Z K166+990、Y K166+560～Y K166+580出現大面積滲漏水、涌水現象。因此，必須采取一種行之有效的處治技術，解決該隧道滲涌水問題，才得以保障隧道施工質量和營運期間安全。

1 工程概況

1.1 氣象

隧址區屬熱帶、亞熱帶季風氣候區，受季風影響，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，夏季濕熱，多臺風暴雨，冬季干燥，有冷空氣襲擊，4～8月為雨季，降水量約占全年降水量的70%，10月至第二年2月為旱季，約占全年降水量的16%。多年平均氣溫20.9℃，多年平均降水量1 982.4mm，多年平均蒸發量1 666.7mm。

1.2 地形地貌

隧道區為巖溶峰叢洼地、谷地地貌區，隧道穿越兩山脊，兩山脊走向分別為40°、197°，最大脊頂高程分別為227.5m、271.6m。進口段斜坡坡度緩、出口段斜坡相對陡，洞身最大埋深204m。隧址區為裸露型強巖溶化區，山體表面巖溶發育，可見多處巖溶洼地、漏斗、落水洞、溶溝、石芽等巖溶現象。區內植被發育，自然斜坡坡體較穩定。

隧道進口位于呈弧形斜坡坡腳處，坡向296°～335°，斜坡為切向坡，多處見基巖出露，上覆土層厚度約0.5～2.0m，巖溶發育，斜坡坡度上陡下緩，坡角15～38°，隧道進口處的斜坡坡向與隧道設計軸線方向近平行，坡面植被發育，多為竹林及灌木。

隧道洞身段發育有多處巖溶漏斗及落水洞，K166+600處左、右兩側巖溶極為發育，發育有3個巖溶漏斗及1個落水洞，巖溶漏斗平面形態多呈圓形及橢圓型，直徑15～25m，深度6～15m，底部較平緩，均可見消水洞；落水洞洞口呈圓形，直徑約0.5～1.0m，可見深度約10～15m。K166+800～K166+920段左側125m處發育有巖溶洼地，平面形態呈近圓型，地面高程149.3～150.90m，底部平緩，未見明顯的消水通道。K166+910～K167+500段右側20～420m發育有巖溶洼地，平面形態呈葫蘆型，長軸方向為195°，地面高程100.10～109.65m，底部平緩，植被較發育，其間有鄉村土路，在其北側端可見一較大的消水洞。K167+400～K167+480段右側85m處發育有巖溶洼地，平面形態呈近似橢圓型，長軸方向為225°，地面高程127.30～127.8m，底部平緩植被發育，未見明顯的消水通道。

1.3 地質構造

路線區地理位置位于粵北山區和珠江三角洲的過度地帶，經歷了加里東、華力西——印支、燕山及喜山構造階段多次和多種性質的地殼活動，地質構造比較復雜。路線區位于粵北凹褶束與連龍凹褶束之交接處，褶皺、斷裂都較突出。

1.4 地層巖性

據工程地質測繪及鉆探揭露，隧址區的地層上覆為第四系殘坡積層（Q4el+d l）粉質粘土夾碎石，下伏基巖為泥盆系上統天子嶺組（D3t）灰巖。

1.5 水文地質特征

根據該隧道區地層巖性、巖石組合關系及其水文地質特征，本區地下水主要為構造裂隙水和碳酸鹽類巖溶水。

碳酸鹽巖巖溶水分布于整個隧址區，地下水富水性主要受降水和巖溶發育程度制約，巖溶化程度愈高，含水巖組地下水富水性愈好。碳酸鹽巖巖溶水以承壓管道水、裂隙水為主，由進口右側山體底部坡腳處的間歇性巖溶上升泉S1、S2出露地表，據訪問和初勘資料推測最大泉流量為3 000m3/d。構造裂隙水主要賦存于由F3斷裂破碎帶的碎裂巖及斷裂影響帶受擠壓破碎巖體組成的含水巖組中，斷裂構造破碎帶及其影響帶中巖石破碎，完整性差，裂隙發育，該類地下水接受大氣降水補給后，具有順斷層裂隙匯集、運移特點。以巖溶裂隙、孔隙水類型為主，由進口右側山體底部坡腳處的間歇性巖溶下降泉S3出露地表，推測最大泉流量為650m3/d。

對進口段附近井水取地下水樣分析結果表明，區內地下水對混凝土無結晶類腐蝕、結晶分解復合類腐蝕、分解類腐蝕。采用降水入滲法進行涌水量預測計算表明，隧道最大涌水量6 830m3/d，正常涌水量為2 670.86m3/d。

在縱剖面 K166+420～K166+450段、K166+520～K166+555段和K166+835～K167+050段在遭遇連續的強降雨時，產生突水突泥、巖溶塌陷、冒頂的可能性較大，其預測最大涌水量為6 830.0m3/d。

2 原設計防排水情況

隧道防排水按“防排截堵相結合、因地制宜、綜合治理”的原則進行設計。

隧道洞身防水是在二次襯砌與初期支護之間鋪設無紡布和1.5 mm厚單面自粘式E C B防水卷材組成復合防水層，在施工縫和沉降縫位置通過背貼式止水帶和E型橡膠止水帶或止水條加強防水，二次襯砌混凝土抗滲標號不小于S10；

隧道襯砌排水是在襯砌拱背防水層與噴射混凝土層之間設縱環向盲溝。縱向盲溝設在邊墻底部，沿隧道兩側，全隧道貫通。環向盲溝沿隧道拱背環向布設，每10m一道，在邊墻腳與縱向盲溝相連。在遇有地下水較大的地段或有集中滲水地段則加密環向盲溝。襯砌背后的地下水通過環向盲溝、無紡布匯集到縱向盲溝以后，通過每10m一道（雙側）布置的橫向排水管，將地下水引入側溝排出洞外。

洞內路緣邊溝主要排放消防及清洗水，使地下水和污染水分離排放。

隧道路基下設縱、橫向排水管排除路基下方滲水，消除地下水對路面結構的破壞。橫向排水管按5～10m縱向設置，縱向排水管設置3道，縱橫向排水管通過三通相連，橫向排水管與下坡側側排水溝連通。

對于隧道與溶洞相交、相鄰的處治，根據原不良地質處治設計圖紙，結合現場實際情況進行專項設計。

隧道內路面側排水溝0.6m寬、0.45m深，經計算單洞雙側排水溝過水能力約47 693m3/d。

3 隧道內滲涌水情況及原因分析

在經過2014年4月連續不斷的中雨，尤其是5月連續近二十天的暴雨作用下（據廣東省三防信息網報道：2014年5月17日至23日，清遠市平均降雨量為352.4mm，是歷史同期的4.1倍；英德市水務網、三防簡報[2014]第10期報道：2014年5月23日1時～10時，英德市出現歷史罕見特大暴雨，降雨量為184mm），左洞進口端Z K166+480～Z K166+535段襯砌面左側拱腰出現滴水、Z K166+535～Z K166+560段施工縫及襯砌面左側出現小股流水，Z K166+880～Z K166+990施工縫拱頂出現小股流水，其中Z K166+955大斷面漏水，呈瀑布狀。右洞 Y K166+560、Y K166+570和 Y K166+580斷面施工縫拱頂、右側拱腰大斷面漏水，呈瀑布狀。因涌水量過大，造成左洞進口端Z K166+332～Z K166+685外側檢查井均出現冒水，左洞洞口段路面漫流（經現場“四方”目測：左半幅（寬約7m）基本處于漫流范圍，路面左側靠路緣邊溝處、即路面橫坡低處水深約 15 cm，流速約 1 m/s，估算約43 000m3/d）、右洞洞口段水溝接近滿溝等情況。經業主、設計、監理及施工單位等“四方”多次現場踏勘探討，分析由于在異常氣候、水文、地質等多種復雜因素作用下，現有防排水系統的功能受到影響，使其與匯入隧道內的水量匹配度不夠，導致上述情況發生。

4 處治方案設計

4.1 原則

以排為主，疏、導、堵相結合，綜合治理[1]。

4.2 處治方案

4.2.1 施工縫滲漏水段

（1）在滲漏水嚴重的施工縫拱墻位置徑向打3個1.5m深（傾斜向上約15°）?89孔泄水。

（2）需處治的施工縫左洞范圍大致為：Z K166+480～Z K166+560、Z K166+880～ Z K166+990，右洞施工縫Y K166+560～Y K166+580。對全斷面呈大面積滲漏水的施工縫（含沉降縫）全環鑿槽引排，左線17道、右線3道（根據調查暫定）；對拱腰及其以下部位滲漏水的施工施工縫（含沉降縫）局部鑿槽引排，右線5道、左線6道（根據調查暫定），具體如圖1～圖4所示。

圖1 拱墻局部鑿槽埋管引排設計圖（單位：mm）

圖2 拱墻局部鑿槽埋管引排設計A-A剖面圖（單位：mm）

圖3 拱墻全環鑿槽埋管引排設計圖（單位：mm）

圖4 拱墻全環鑿槽埋管引排設計B-B剖面圖（單位：mm）

（3）處治措施、施工工序、注意事項

a.隧道滲漏水調查、分析，確定處治部位，探明襯砌鋼筋及拱架的分布情況；b.在滲漏水嚴重處按環向間距2m向圍巖內打1.5 m深Φ89 mm的徑向泄水孔，孔內塞入起反過濾作用的Φ80mm塑料盲管，盲管外端用16#鐵絲環向扎緊封閉，鉆設徑向泄水孔時應避開襯砌鋼筋或型鋼；c.在二襯表面沿泄水孔兩側按設計尺寸開鑿豎向（或環向）凹槽安裝帶；d.在鑿槽內埋設2/3剖Φ125mm H D P E排水管，采用U形卡和M8膨脹螺絲固定排水管，間距50 cm，安裝時先拱部、后兩側的順序。e.在管壁外側沿開槽內壁斜向植筋對拉，以加強對排水管的固定，植筋環距50 cm；f.在拱頂及水量大、水壓強、拱腳拐彎處根據實際情況加密固定膨脹螺絲和植筋，確保排水管固定牢靠；g.在埋管外側及溝槽兩側涂刷界面膠，然后再充填M30防水砂，抹至與襯砌混凝土表面齊平。變形縫部位，待防水砂漿有一定強度后，沿變形縫割縫，以作隧道變形之用。

4.2.2 左線進口端ZK166+332～ZK166+932范圍內（距離洞口600 m）

（1）為了迅速疏導兩側排水溝、尤其是外側水溝的水流，在偏向外側水溝的車道標記線正下方增設中心排水溝（現澆），水溝過水面積約1.5m2（過水能力約271 860m3/d）。中心水溝檢查井縱向間距50m/個。檢查井蓋板（預制）頂面抬升至瀝青面層底面，蓋板頂面采用瀝青面層覆蓋（10 cm厚）。

（2）為了達到迅速疏導邊溝涌水的排水效果、減小路面結構因過多開槽可能引起的潛在路面沉降風險機率，在中心排水溝與側排水溝間分區、分段增設 ?200H D P E橫向排水管將兩者連通。設置原則：從進洞口150 m處開始向洞內增設；往后每隔100～24 m一道。中心水溝左側（橫坡低的一端）橫向排水管密一些，中心水溝右側（橫坡高的一端）橫向排水管局部相對稀疏一些。對側排水溝內水流可能滿溝段，如側排水溝內距離洞口范圍150 m內和富水段應局部加密橫向排水管。

（3）圖5～圖8適用于左線進口端Z K166+332～Z K166+932（距離洞口 600m），其中：Z K166+454～+488、Z K166+524～+535、Z K166+553～+886 為無仰拱段（合計 378 m）；Z K166+332～+454、Z K166+488～+524、Z K166+535～+553、Z K166+886～+932為有仰拱段（合計222m）。

圖5 增設中心水溝設計圖（有仰拱）（單位：mm）

圖6 中心水溝大樣圖（有仰拱）（單位：mm）

圖7 增設中心水溝設計圖（無仰拱）（單位：mm）

圖8 中心水溝大樣圖（無仰拱）（單位：mm）

4.2.3 右線進口端YK166+332～YK166+585范圍內（距離洞口200 m）

（1）取消該段Ω型路緣邊溝，重新施作側排水溝，水溝蓋板頂面抬升至瀝青面層底面具體如圖9～圖10所示。

圖9 右線進口端排水邊溝改造設計圖（單位：mm）

（2）為保證行車安全，改造后側排水溝和蓋板要加強配筋設計。

4.2.4 左線洞口處水溝與洞外水溝

由直角改為小角順接，以確保洞內水流汛速暢達洞外，如圖11所示。

4.2.5 對水溝內有淤積堵塞的地方

及時進行清淤疏通，對隧道襯砌表面有輕微、少量滲漏水或拱頂注漿孔出水的地方及時修補。

5 結 論

（1）該隧道地層泥盆系上統天子嶺組（D3t）灰巖和洼地第四系堆積物，不存在較為明顯的隔水層，地下水統一接受大氣降水入滲，由于該隧道采用以排為主，疏、導、堵相結合，綜合治理的原則，通過采取鑿槽引排、增設中心排水溝滲漏處治技術措施，使得原有的地下水系統發生了分裂，即F3斷裂破碎帶東西兩部分地下水系統交匯部位形成了一個新的以該隧道為集中排泄的子系統，經調查估測為2 L/s，增加了地下水系統的排泄，使得該滲漏水、涌水問題得以有效解決[2]。

（2）該隧道經通車營運4 a以來，洞口兩側排水溝通暢，洞頂山體完好，洞頂及洞口周邊植被發育良好，經2018年對該隧道洞口、洞身、路面及附屬結構進行定期檢查，沒有發現影響行車安全的病害[3]。

圖10 右線進口端排水邊溝改造大樣圖（單位：mm）

圖11 進口端左線洞外路基段排水溝銜接平面圖（單位：mm）